Анализ и описание системы "электропривод – сеть" и "электропривод – оператор"

2. Анализ и описание системы "электропривод – сеть" и "электропривод – оператор"

В кузнечно-прессовых машинах, в настоящее время используются следующие системы электропривода:

1) Короткозамкнутый асинхронный двигатель с повышенным скольжением;

2) Асинхронный двигатель с фазным ротором;

3) Двигатель постоянного тока, в том числе регулируемый с выпрямляемым выпрямителем.

Это связано с тем что кузнечно-прессовые машины не требуют, как правило, регулирования скорости движения пресса, следовательно не требуют сложных систем управления и должны быть как можно проще и надежнее.

В связи с этим привода кузнечно-прессовых машин запитываются от стандартной промышленной сети на 380 В, 3 фазы, частота 50 Гц.

В прессе не требуется сложная система управления электроприводом пресса, достаточно включать и выключать его, так как управление прессом производится за счет управления кинематическими цепями пресса.

3. Выбор принципиальных решений

Производим оценку различных вариантов. В качестве рассматриваемых вариантов принимаем:

1) Асинхронный двигатель (АД) с повышенным скольжением;

2) АД с фазным ротором;

3) двигатель постоянного тока.

Все три системы рассматриваются как не имеющие какой либо системы управления, так как это не требуется, потому что двигатель работает на своей номинальной скорости (150 с^-1).

Для оценки воспользуемся методом экспертных оценок. Сравнение предлагаемых систем производится относительно n-характеристик систем, важных с точки зрения цели проектирования, путем сравнения определенных (для каждого варианта) значений соответствующих показателей качества q_i. Показатели качества служат для количественной характеристики степени выполнения требований задания, а также других требований определяются следующим образом:

5 – требования к i-й характеристике выдержаны очень хорошо

4 - требования к i-й характеристике выдержаны

q_i = хорошо

3 - требования к i-й характеристике выдержаны удовлетворительно

2 - требования к i-й характеристике выдержаны неудовлетворительно

На основании этой шкалы оценок может быть охарактеризована степень выполнения каждого отдельного требования путем назначения соответствующей оценки.

Введем значимость для технического задания каждого оцениваемого параметра системы. Для этого вводится весовой коэффициент l_i, который можно определить следующим образом:

5 – i-я характеристика системы имеет определяющее значение для цели разработки.

4 - i-я характеристика системы имеет очень большое но, не определяющее значение для цели разработки.

l_i = 3 - i-я характеристика системы имеет важное значение

для цели разработки.

2 – желательно учитывать значение для цели разработки.

1 - i-я характеристика системы имеет несущественное значение для цели разработки.

Выбор наилучшего решения производится определением взвешенной суммы, лучший вариант имеет большую сумму:

;

Основываюсь на вышеизложенном строим оценочную диаграмму – рисунок 3.1.

Рисунок 1.3 – Оценочная диаграмма.

На рисунке введены следующие обозначения:

1) ´ – асинхронный двигатель (АД) с повышенным скольжением; 2) D – АД с фазным ротором; 3) O – двигатель постоянного тока.

Оценки на диаграмме выставлялись в сравнении вариантов между собой (если лучше первый вариант оценка ему выше, второму ниже).

Произведем расчет сумм по всем вариантам:

;

;

;

За основной вариант принимаем систему АД с повышенным скольжением.

4. Расчет силового электропривода

Расчет параметров и выбор двигателя

Как было показано выше, двигатель должен быть рассчитан на скорость 1500 об/мин.

Найдем эквивалентный момент за цикл обработки заготовки:

;

В данной формуле все b=1, т.к. двигатель будет работать на скорости близкой или равной номинальной, без торможений.

Тогда:

 Н*м;

Однако по заданию средняя продолжительность включения пресса ПВ=26%.

Тогда эквивалентный момент двигателя будет равен:

 Н*м;

По [1] выбираем двигатель, на основании формул:

;

 кВт;

Выбираем асинхронный двигатель с повышенным скольжением с режимом работы S1:

Марка – 4AC100S4У3

P_ном=3,2 кВт;

U_ном=380 В;

n_ном=1500 об/мин;

J=0,0056 кг*м²;

h_Н=76,5 %;

cos j=0,82;

S_Н = 4,2 %;

S_К = 32,7 %;

X_m=2,2 о.е.;

=0,08 о.е.;

=0,082 о.е.;

=0,054 о.е.;

=0,14 о.е.;

= 2,0;

= 2,2;

= 1,6;

= 6.

Рассчитаем основные параметры двигателя.

Номинальный момент находится по следующей формуле:

;

Тогда:

 Н*м;

Критический (максимальный момент):

 Н*м;

Номинальный ток статора:

 А;

Сопротивления статора и ротора:

 Ом;

 Ом;

 Ом;

 Ом;

5. Расчет статических механических и электромеханических характеристик двигателя и привода

Для асинхронного двигателя статическая механическая характеристика строится по следующей формуле:

;

где .

Данные по расчету приведены в таблице 5.1, а механическая характеристика на рисунке 5.1.

Формула для расчета электромеханической характеристики, зависимости тока статора от скольжения для нормальной схемы включения:

где i_m - относительный ток намагничивания двигателя:

Данные по расчету приведены в таблице 5.2, а электромеханическая характеристика на рисунке 5.2.

6. Расчет переходных процессов в электроприводе за цикл работы

После выбора двигателя появилась возможность рассчитать суммарный момент инерции:

J_S = 0,0056 + 0,0055 + 0,013 + 0,0074 + 0,029 + 1,75 + 0,0815 +

+ 277,96 = 279,85 кг*м²;

Так как при моделировании переходных процессов U_1Н = const и f_1Н = const, а также |S|<S_K то можно воспользоваться линеаризованной динамической моделью асинхронного двигателя (требуется исследовать режимы сброса-наброса нагрузки):

;

или в операторной форме:

;

гдеb, T_Э – жесткость характеристики и электромагнитная постоянная времени двигателя.

;

 сек;

7. Проверка правильности расчета мощности и окончательный выбор двигателя

Для проверки электродвигателя по нагреву воспользуемся формулой для определения эквивалентного момента за цикл:

М_ЭКВ = ПВ%*Ö .

Как видно из полученного значения, электродвигатель проходит по нагреву, так как:

М_Н.ДВ > М_ЭКВ.

Имеющийся запас по мощности необходим для обеспечения динамических режимов.

Заключение

В процессе выполнения данного курсового проекта разработан электропривод фрикционного бездискового пресса. На этапе предварительного рассмотрения вариантов реализации электропривода произведен сравнительный анализ существующих систем электроприводов и, по результатам расчета, отдано предпочтение системе на базе электропривода переменного тока имеющим электродвигатель с повышенным скольжением.

По приведенным в задании на курсовое проектирование параметрам механизма произведен расчет и выбор электродвигателя. Оценка динамических показателей и качества регулирования скорости производилось методом моделирования переходных процессов на ЭВМ. Результаты полученные при моделировании свидетельствуют, что спроектированный электропривод имеет хорошие динамические показатели и отвечает всем требованиям, предъявляемым к приводам прессов.

Список использованных источников

1. Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов.– М.: Энергоатомиздат, 1985.– 560 с., ил.

2.         Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник/ Под ред. канд. техн. наук В.М. Перельмутера. – М.: Энергоатомиздат, 1988.– 319 с.: ил.

3.         Справочник по автоматизированному электроприводу./ Под ред. В.А. Елисеева, В.А. Шинянского – М.: Энергоатомиздат, 1983. - 659 с.